SVT - 1ère S - TP9 - La subduction

LSVT1S09
Partie du programme : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle
Niveau : Première S
Titre de la séance : La subduction
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EXTRAIT DU PROGRAMME
Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers des séismes en fonction de leur profondeur s’établit
selon un plan incliné. Les différences de vitesse des ondes sismiques qui se propagent le long de ce plan, par rapport à
celles qui s’en écartent, permettent de distinguer : la lithosphère de l’asthénosphère. L’interprétation de ces données
sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s’enfonce dans le manteau au niveau des fosses dites de subduction.
CONNAISSANCES CONSTRUITES
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Au niveau d’une fosse océanique, Wadati et Benioff constatent que les foyers des séismes se répartissent selon un plan
incliné de faible épaisseur (plan de Wadati-Benioff) qui plonge depuis la fosse sous l’arc volcanique. De plus, l’étude de la
vitesse de propagation des ondes sismiques (tomographie sismique) montre des anomalies positives le long de ce plan et
des anomalies négatives de part et d’autre. Ces données sont interprétées comme le plongement d’une lithosphère
océanique froide et cassante dans le manteau asthénosphérique plus chaud et ductile : on parle donc de zone de subduction.
CAPACITÉS MISES EN ŒUVRE
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Utiliser un SIG
Utiliser un didacticiel
Interroger des bases documentaires
Appliquer une démarche explicative
Traduire des informations par un schéma
CONDITIONS MATÉRIELLES
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Les élèves travaillent en binôme, au cours de la première activité, pour définir les caractéristiques de la zone de subduction
du Japon avec un SIG, puis plus particulièrement les données sismiques en profondeur avec un didacticiel permettant de
réaliser des coupes.
COIN LABORATOIRE
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Matériels
• Ordinateurs connectés à internet
• Logiciel Google Earth
• Logiciel Sismolog
• Logiciel de retouche d’image (ex : Paint)
• Planisphère en relief : 17036.20.161
Documents didactiques
• Fiche utilisation Google Earth des ECE
• Fiche utilisation Sismolog des ECE
DESCRIPTIFS
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Le professeur pourra présenter une vidéo du tsunami ayant touché le Japon le 11 mars 2011, puis situer le séisme sur le
planisphère en relief pour susciter le questionnement sur cette marge active du globe, notamment sur sa morphostructure.
Dans une première activité, on replace ce séisme parmi les caractéristiques de cette zone de subduction.
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Activité 1 : Étude des caractéristiques des zones de subduction
Objectif : montrer quelles sont les caractéristiques, en surface, de la zone de subduction du Japon (morphostructurales,
volcaniques et sismiques), et distinguer par une étude tomographique la lithosphère de l’asthénosphère.
Support : on utilisera Google Earth pour visualiser les différentes données sismiques, volcaniques et tomographiques du
fichier subduction japon.kmz (à télécharger sur http://eduterre.inrp.fr/eduterre-usages/ressources_gge/convergence) et le
document tomographie sismique (à télécharger sur http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=1401)
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A l’aide de Google Earth, ouvrir le fichier subduction japon.kmz
Ouvrir le sous-dossier Séisme au Japon 11 mars 2011 et visualiser les caractéristiques de l’épicentre du séisme,
notamment la profondeur du foyer. (Eventuellement le sismogramme, les animations du tsunami, la carte des
secousses et dégâts)
Dans Outils- Options, augmenter le facteur d’élévation, et décrire la morphostructure particulière de cette région.
Ajouter les volcans actifs et compléter votre description.
Visualiser les limites de Plaques tectoniques et préciser leur localisation par rapport à votre description et le
contexte tectonique.
Ajouter les séismes actuels (à l’aide de la base USGS) puis les séismes historiques, et décrire la répartition des
foyers des séismes.
Afficher la tomographie sismique sous le Japon. A l’aide de vos connaissances sur la propagation des ondes
sismiques et du document suivant, proposer une hypothèse sur la structure géologique profonde de cette région.
La tomographie sismique
(Schéma modifié et inspiré de http://nte-serveur.univ-lyon1.fr/geosciences/geodyn_int/tectonique2/tomo/tomo.html)
vitesse
diminuée
vitesse
normale
sect. 2
vitesse
augmentée
vitesse
normale
séisme
tomographie sismique : principe illustré sur le schéma
« Si une onde sismique traverse un milieu dont les propriétés physiques (densité, modules élastiques)
différent de celles du modèle moyen (par exemple PREM), elle arrivera en retard ou en avance par rapport
aux prédictions de ce modèle. On en déduit alors des cartes de variations de VP et VS par rapport au modèle
(notons que l'établissement de ces cartes nécessite la donnée d'un grand nombre de temps de parcours). »
sect.1 : secteur où les ondes sont accélérées ; sect.2 : secteur ou les ondes sont ralenties
sect. 1
coupe ‘’sismo-thermique’’ déduite du
traitement informatique des vitesses des
ondes
foyer
Manteau
8.
+ froid
Visualiser le tracé AB selon lequel sera réalisée la coupe de l’activité suivante.
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+ chaud
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Activité 2 : Étude de l’activité sismique des zones de subduction
Objectif : Comprendre que la répartition des séismes en profondeur au niveau de la zone de subduction du Japon, traduit
l’enfoncement de la lithosphère océanique dans le manteau asthénosphérique.
Support : on utilisera Sismolog pour réaliser une coupe selon le tracé défini dans l’activité précédente.
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A l’aide des fonctionnalités du logiciel Sismolog, recentrer votre observation sur l’épicentre du séisme du 11/0311
au Japon, afficher les séismes et volcans de la région étudiée, puis visualiser leur répartition sur une vue relief 3D.
Définir la coupe selon le tracé AB de l’activité précédente et la dessiner.
A l’aide d’un logiciel de retouche d’image, annoter au mieux cette coupe.
Tracer la droite moyenne partant de la fosse et suivant le plan incliné formé par les foyers des séismes : c’est le
plan de Wadati-Benioff, et calculer l’angle qu’il fait avec l’horizontale.
Sachant qu’un séisme ne peut se produire que dans un milieu cassant, expliquer la répartition des séismes
observés dans cette zone et éprouver l’hypothèse formulée dans l’activité précédente.
Critères d’évaluation
1.2. Utiliser le logiciel Sismolog :
- Ouverture du logiciel
- Utilisation des fonctionnalités : vue relief 3D et coupe
- Fermeture du logiciel
3.4. Représenter des données sous forme schématique :
- Légendes scientifiquement correctes
- Identification des plaques lithosphériques et de l’asthénosphère
- Trajet de la plaque plongeante
- Titre adapté
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TP – La subduction
Activité 1 : Étude des caractéristiques des zones de subduction
3.4. On observe d’Est en Ouest, un plancher
océanique suivi d’un fort relief négatif : une fosse,
puis l’archipel du Japon correspondant à un relief
positif sur lequel sont disposés « en arc » les
volcans, un bassin (relief négatif) en arrière de cet
« arc volcanique », et enfin le continent.
5. La limite de plaques est marquée par la fosse
océanique dans un contexte de convergence.
6. On observe que les foyers des séismes sont de
plus en plus profonds, de la fosse vers le continent.
7. On observe en surface au SE, une zone bleue
d’anomalies positives de vitesse des ondes qui
s’étend à partir de la fosse jusqu’à 500 Km de
profondeur vers le NW. De part et d’autre on
observe des zones rouges d’anomalies négatives.
On en déduit qu’une structure plus dense et plus
froide, s’enfonce depuis la fosse dans une structure
moins dense et plus chaude.
On émet l’hypothèse qu’au niveau du Japon, une
plaque lithosphérique froide s’enfonce dans le
manteau plus chaud.
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Activité 2 : Étude de l’activité sismique des zones de subduction
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Définition de la coupe et vue en relief 3D de la zone de subduction du Japon
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Les caractéristiques de la zone de subduction du Japon
Les caractéristiques de la zone de subduction du Japon
4. On calcule l’angle grâce à la fonction inverse tangente (600/1260) = 25°.
5. On observe que les foyers des séismes se répartissent sur un plan incliné démarrant de la fosse et plongeant jusqu’à environ
500 Km de profondeur vers le NW. On en déduit qu’une structure cassante s’enfonce depuis la fosse dans une structure plus
déformable. On en conclut, avec l’hypothèse précédente, qu’au niveau du Japon, une plaque lithosphérique océanique froide et
rigide s’enfonce dans le manteau (asthénosphère) plus chaud et déformable.
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